二、“巴甫洛夫神經”
才幹出眾、精力充沛的巴甫洛夫懷著熱烈的希望、滿腔熱情走上了獨立生活的道路。在沙皇俄國的黑暗日子裏，青年科學工作者的工作條件是非常艱苦的。要想找到工作，是很困難的。大學毫無例外地受著統治階級的控製，傑出的學者受到迫害；教授中間形成了各種小集團，彼此間有著無休止的陰謀詭計和無原則的糾紛爭鬥。在種情況下，最感到痛苦的是那些勇敢、誠實、進步的科學家和那些不願同流合汙，而隻想如何最能有所貢獻於祖國科學的進步學者。俄國著名的胚胎學家、免疫學的細胞學派的創立者之一梅契尼科夫就由於反動勢力的迫害，離開了俄國。謝切諾夫為了支持梅契尼科夫，憤然辭去內外科醫學院生理學教研室主任的職務，以示抗議。
巴甫洛夫似乎非常幸運，接替謝契尼科夫生理學講座的齊昂教授非常賞識他的這位學生，齊昂教授聘請他為生理學教研室的助教。巴甫洛夫考慮到自己經濟的拮據，接受了齊昂教授的聘請；同時，他又考入醫學院的三年級，當一名插班生繼續求學。巴甫洛夫進醫學院學習的目的並不是為了做醫生，而在於得到醫學博士學位後，可以有資格當一名生理學教授。巴甫洛夫這時所想的是，要盡自己最大的努力去設法完成他在《論支配胰腺的神經》論文中所提出的任務，即在“活的沒被損傷的機體上研究生理過程。”
齊昂教授在內外科醫學院沒能待多久就去巴黎定居了。繼任的教研室主任無真才實學，是一個靠沙皇當局勢力到學院混飯吃的庸才，巴甫洛夫覺得同他無法合作，而毅然辭去了助教的職位，放棄了薪俸。但他仍然作為一名大學生在學院裏聽課學習。1876年，巴甫洛夫又去這個學院獸醫學部生理實驗室當實驗員，繼續研究胰腺和神經對心髒活動的影響。1877年，巴甫洛夫曾去德國布累斯拉夫裏，在著名科學家R·赫登海因教授的實驗室作短期的參觀學習。
1878年，巴甫洛夫應俄國著名臨床醫師波特金教授之邀，到他的醫院主持生理實險室的工作，名義上是實驗員，實際上是實驗室的領導者。在這裏，巴甫洛夫主要研究血液循環、消化生理、藥理學方麵的有關問題。1879年，巴甫洛夫作了第一次著名的手術，在胰腺裏裝了一個固定的瘺管。這一年巴甫洛夫修完了內外科醫學院的課程。由於學習和科研的出色成績，他又一次榮獲了學院頒發的金質獎章，並經考試合格留醫學院深造兩年，同時，繼續在波特金實驗室研究生理學。巴甫洛夫對波特金教授給予的幫助是難以忘懷的，他經常帶著感激的心情回憶波特金，他說：“波特金是醫學和生理學二者合理、有效結合的最優秀的體現者。”
波特金在當時是科學醫學派的代表人物，他努力用生理學與病理學的精確知識來代替傳統醫學的經驗主義，用科學實驗的方法來解決臨床學上存在的許多問題，波特金的一個重要科學理論——即神經係統在人體和動物機體的正常活動和病理活中，起著主要的作用，後來它被巴甫洛夫加以發展。波特金教授的教學和科研工作很忙，沒有多少時間來指導實驗室的具體實驗研究，所以，實驗室的工作實際上是巴甫洛夫一人獨擋一麵。1886年，他被正式任命為實驗室主任。
巴甫洛夫主持的實驗室聽起來堂而皇之，實際上隻是一間非常陳舊狹小的屋子。這所小屋子原來如果不是守門人的住屋，也是一間浴室，根本不適於做研究工作。這裏缺少實驗設備，還經常缺乏資金來購買實驗用的動物，但巴甫洛夫卻在那裏展開了熱烈的研究活動。這是巴甫洛夫第一個實驗室，他在這裏度過了十多個年頭一直到1890年。巴甫洛夫的研究工作幾乎完全是自主的，這使他有機會發展他固有的才能，完全自由地發揮他的創造天才。巴甫洛夫堅忍不拔，有著驚人的工作能力，不屈不撓的意誌和無窮盡的精力。這些特性充分表現為他帶來了傑出的理論方麵和實用方麵的成績。巴甫洛夫從事於血液循環和消化生理以及某些藥物上的研究，迅速發展成為一個理論家和實驗家，同時也成為大規模的複雜的科學研究計劃的組織者和領導者。
在這個實驗室裏所度過的歲月裏，巴甫洛夫在生活上充滿了貧困、艱辛，但他卻認為這段時間非常重要和有成果。他常常帶著特殊的熱情如此回憶這段時光：“雖然這個實驗室有某些不利的情況，最主要的當然是經濟上的不足，我卻認為在那裏度過的歲月，對於我在科學界的未來，很有益處。首先是完自主，其次是有機會專心從事實驗工作。”
巴甫洛夫的許多朋友卻不理解他。還是他剛畢業的第二年的除夕，朋友們在他家裏等他回來，當時天下著雪，彼得堡市議會大廈的大鍾敲了十一下。一個朋友不耐煩地說：“巴甫洛夫真是個怪人。他畢業了，又得過金牌，照理可以掛牌做醫生，那樣既賺錢又省力。可他幹嗎要進生理實驗室當實驗員呢？他應該知道，人生在世，時日不多，應該享享福，尋尋快活。”聽了他的話，一位名叫賽拉菲瑪·華西裏葉芙娜的教育係的女學生站了起來說道：“你不了解他。不錯，人的生命是短促的。但正因為如此，巴甫洛夫才努力地工作。他經常這麼說：‘在世界上，我們隻活一次，所以應該珍惜光陰，過真實的生活，有價值的生活。’”
夜深了，巴甫洛夫仍未回家，朋友們漸漸散去，賽拉菲瑪來到實驗室的門口等待巴甫洛夫。鍾聲響了十二下，已經是1881年元旦了，巴甫洛夫才從實驗裏走出來，他看到等候他的賽拉菲瑪非常感動，他們手挽手走在雪地上。忽然，巴甫洛夫按著賽拉菲瑪的脈博說：“你有一顆健康的心髒，所以脈博跳得很好。”賽拉菲瑪非常奇怪，不解的問：“你這是什麼意思？”巴甫洛夫回答道：“要是心髒不好，就不能做科學家的妻子。因為一個科學家，把所有的時間和精力都放在研究工作上，收入又少，又沒空兼顧家務。所以做科學家的妻子，一定要有健康的身體，才能夠吃苦耐勞，不怕麻煩地獨自料理瑣碎的家務。”賽拉菲瑪立即回答道：“你說得很對，我一定做個好妻子。”就在這一年，他們結了婚。雖然他們的經濟經常結據，婚後避暑回彼得堡已身無分文。但賽拉菲瑪把生活安排得井井有條，使巴甫洛夫能全心全意地工作，回家後得到很好的休息。
在波特金的實驗室裏，巴甫洛夫獨立進行了關於血液循環方麵的研究工作。為了研究血液循環，巴甫洛夫在他的早期科學事業中獻出了將近15年的時間。當時他的興趣主要是集中在兩個問題上：血液循環器官靠著反射作用而進行的自動調節以及離心神經對心髒所起的作用的性質。在研究過程中，巴甫洛夫親自實踐了在正常的健康的完整的動物機體身上研究生理過程的方法。巴甫洛夫創造並應用了一種嶄新的生理學實驗法。這種方法與當時一般人采用的“急性”或活體解剖實驗法不同，叫做“慢性實驗法”。
在巴甫洛夫以前，許多生理學家常用孤立的、靜止的觀點來研究動物的一些器官的生理功能，即把某一個需要研究的器官從動物身上迅速取下，置於實驗室，在短暫時間內觀察研究它的機能；或用麻醉劑、破壞大腦等方法，使動物失去知覺和生存能力，再進行解剖，觀察所要研究的器機能，這就是“急性實驗法”，又叫“分析實驗法”。這樣的方法雖有一定優點，如實驗對象簡單，取材方便，可很快地獲得實驗結果等，但它忽視了動物的整體性，因為一個離體的器官或被麻醉的動物都不是正常生活的動物及其器官，不能如實地說明每個器官在動物體內正常的生理機能，特別是不能消除因麻醉而使血液循環器官的神經係統反射活動所受的影響。巴甫洛夫提出了“綜合生理學”概念，他的“慢性實驗法”采用堅持不懈的訓練方法，把活的動物完整地置於正常的環境下，通過長期觀察和分析，立足整體，研究有關器官在動物體內正常的機能。他在研究血液循環生理學時，能使經過長久地訓練的實驗狗習慣地躺在實驗台上，不經麻醉，安靜地忍受複雜的實驗手術，如切開皮膚與皮下組織，暴露動脈，把動脈聯接在血壓計上，測量血壓，等等。通過這樣的實驗，研究動物動脈的生理機能，調節血壓的機製，以及食物、營養、大量飲水對動脈血壓高低的影響，揭示出許多有關心髒、血管等血液循環器官活動的自動調節反射方麵的新的重要規律，如他在實驗中曾先將動物的迷走神經切斷，數天後待通往心髒的阻抑纖維枯萎後，再用電刺激迷走神經，觀察血管在神經作用下的適應活動和迷走神經對血壓的調節作用。通過這些實驗，證明了各血管的神經末梢能迅速而敏銳地感觸到動脈血壓較明顯地增高或降低。由於這些感覺神經末梢信號器發出相應的衝動而產生的反射，心髒的工作和血管通路的狀況就起了變化，使動脈血壓迅速恢複到原有水平。由此得出結論：有機體內心髒、血管係統經常進行自動調節活動。這些重要規律的發現是對科學的極其寶貴的貢獻。
巴甫洛夫對心髒離心神經的研究花了很多精力和時間。1883年他在《心髒的離心神經》博士論文中確證了心髒離心神經中有一類神經能在心髒跳動次數不變的情況下加強它的收縮，另有一類神經則能變動的心髒跳動次數而不變動它的收縮強度。此外，他還設想另一類與之對抗的神經，能減弱和緩慢心髒的收縮。巴甫洛夫揭示了四條獨立的神經對心髒功能能發揮阻止、加速、抑製和興奮作用。這是前人沒有發現的。以後，人們把這種神經纖維稱為“巴甫洛夫神經”。